Динамо машина принцип работы: принцип работы генератора постоянного тока, особенности устройства, роль якоря и коллектора

Динамо-машина как альтернативный источник электричества

• Авторы
• Руководители
• Файлы работы
• Наградные документы

Некрасов И.С. 1

---

1МАОУ «СОШ № 2» город Заводоуковск

Мариничева Е.Б. 1

---

1МАОУ «СОШ № 2» город Заводоуковск

Автор работы награжден дипломом победителя III степени

Диплом школьникаСвидетельство руководителя

Текст работы размещён без изображений и формул.
Полная версия работы доступна во вкладке «Файлы работы» в формате PDF

Введение

В третьем классе, работая над проектом «Природное электричество», я изучал возможности получения электричества из фруктов, овощей, земли и воды (Приложение I, II). В этом году я продолжил знакомство с электричеством и попробовал собрать динамо-машину, которая преобразует физическую энергию в электрическую.

Цель исследования: определение опытным путём, возможно ли изготовить динамо-машину из подручных средств, действительно ли она работает.

Задачи исследования:

Узнать, что такое электрический генератор.

Собрать динамо-машину из подручных материалов.

Провести опыт по преобразованию механической энергии в электрическую.

Методы исследования:

Описательный метод. Включает в себя сбор информации, фактического материала из печатной литературы и Интернета, беседа с учителем физики.

Исторический метод. Поможет осмыслить полученные факты, сопоставив их с ранее известными результатами.

Экспериментальный метод. Позволит узнать, возможно ли получение электричества с помощью динамо-машины, доказать или опровергнуть гипотезу.

Гипотеза: предположим, что собранная из подручных средств динамо-машина, даст достаточное количество электрической энергии, чтобы загорелась светодиодная лампочка.

В ходе проведённых опытов и экспериментов, выяснили, что рабочую динамо-машину возможно собрать из подручных средств.

Динамо-машина, как альтернативный источник электричества

Некрасов Игорь Сергеевич

Россия,Тюменская область, Заводоуковский городской округ, город Заводоуковск, Муниципальное автономное общеобразовательное учреждение Заводоуковского городского округа

«Заводоуковская средняя общеобразовательная школа № 2», 4 «А» класс.

Научная статья.

Глава 1. Что такое электрический генератор?

Электрический генератор — устройство, в котором неэлектрические виды энергии (механическая, химическая, тепловая) преобразуются в электрическую энергию (Приложение III).

Предельно автономный тип — это ручные электростанции. В них механическое движение получается за счет мускульной силы оператора. Конечно, рассчитывать на высокую производительность и длительную работу не приходится. Зато можно уверенно получать ток в любой ситуации, когда нельзя использовать ни топливо, ни энергию ветра или воды. Потому подобные генераторы могут входить в аварийные комплекты на воздушных судах, использоваться в экстренных случаях экспедициями, военными и так далее.

Главная задача абсолютно любого электрического генератора — это выработка электричества. Но, откровенно говоря, генератор ничего не производит, он лишь трансформирует один вид энергии в другой.

И в основном происходит трансформация механической энергии в электрическую энергию.

В свою очередь механическую энергию получают в результате вращения турбин под действием расширения пара, падения воды и даже ручным приводом.

Так вот генераторы, которые работают на механическом приводе – это пока основной тип преобразователей во всем мире.

Глава 2. Динамо-машина.

Динамо-машина – это устройство, которое преобразует механическую энергию в электрическую посредством электрогенератора [1. 6].

Это первоначальное название электрического генератора. Такие машины были первыми электрогенераторами, способными поставлять энергию для промышленности. Динамо-машина стала основой, на которой были созданы многие другие преобразователи электрической энергии, включая эленктродвигатель и генератор переменного тока. 

Динамо-машина – это генератор постоянного тока, который вырабатывает электрическое напряжение в результате вращения специального приводного механизма. Такое устройство широко применялось до появления генераторов переменного тока. Сейчас динамо-машины встречаются значительно реже. Их в основном используют для питания осветительного оборудования на велосипедах, а также как часть конструкции некоторых видов ручных фонариков, радиоприемников, а также портативных зарядных устройств для мобильных телефонов, MP3 плееров и планшетов.

Точно сказать, какие специалисты изобрели генератор электричества, нельзя — работу над ним вели многие инженеры и электротехники в течение десятков лет. Работа над такой техникой продолжается даже и в XXI веке, когда, казалось бы, ничего существенного прибавить уже нельзя. Решающим шагом к созданию генератора стало открытие взаимодействия электрического поля и магнитной стрелки в 1820 году. Постепенно удалось обнаружить, что электрический ток получается только в подвижном магнитном поле либо при движении в нем проводника. Честь такого открытия делят Аньош Йедлик (Австрия, 1827) (Приложение IV) и Майкл Фарадей (Англия, 1831) (Приложение V, VI).

Хотя первым был венгерский ученый, куда большую известность получили усилия его британского коллеги. Кроме того, Йедлик от прототипов смог перейти к полноценной динамо-машине лишь в 1850-е годы. А вот открытия Майкла Фарадейя легли в основу принципа работы динамо-машины [2. 39]. Он создал генератор электроэнергии (хотя еще несовершенный) еще в 1831-м. Динамо-машины оказались исторически первым типом электрических генераторов.

Глава 2.1. Устройство динамо-машины.

Устройство состоит из катушки, которая при вращении вырабатывает электрическую энергию. Получаемый ток может передаваться оборудованию напрямую или заряжать аккумуляторную батарею, которая уже в дальнейшем будет питать потребителей. Эффективность устройства напрямую зависит от скорости вращения катушки. Чем она выше, тем большее напряжение и силу тока можно получить.

Для подключения к простейшей динамо-машине можно использовать только такое оборудование, которое нормально переносит резкие скачки параметров напряжения. В первую очередь это светодиодные лампы.

Практическая часть.

Зная, что я увлекаюсь исследованиями, на Новый год бабушка подарила мне наборы «Трицикл с динамо-машиной» (Приложение VII) и «Ручное электричество» (Приложение VIII). Мы собрали трицикл с помощью конструктора, который заряжается от динамо-машины при вращении рукоятки генератора. Выработанное электричество накапливается в конденсаторе, установленном в корпусе машинки. 

С помощью набора «Ручное электричество» мы собрали динамо-машину с фонариком.

И тут я задумался, а смогу ли я собрать это устройство, используя детали старых игрушек и подручный материал.

Мы взяли из сломанной машинки игрушечный мотор, светодиодную лампу, шестерёнки, детали конструктора и бутылку из под воды (Приложение IX) .

Детали старого конструктора мы взяли на корпус динамо-машины. К корпусу мы прикрутили светодиодную лампочку, установили шестерёнки и присоединили рукоятку. Далее прикрепили провода от лампочки к мотору. Мотор закрепили в корпусе. Сверху на лампочку надели пластиковую бутылку как защитный колпак. Динамо-машина готова (Приложение X). Покрутили рукоятку машины – лампочка засветилась (Приложение XI)!

Выводы.

Мы узнали принципы работы электрического генератора.

Экспериментальным путём мы доказали, что используя подручные средства, можно самостоятельно изготовить динамо-машину.

Динамо-машина, собранная своими руками работает.

В современном мире, благодаря гигантским усилиям многих выдающихся деятелей науки разных стран, достигнуты невиданные успехи в открытии и изучении законов природы и их использования на благо человечества.

В своём возрасте я пока могу на конкретных примерах наиболее выдающихся открытий и изобретений показать роль знания в истории создания того или иного технического устройства, но, возможно, сумею в будущем сделать и свой вклад в развитие науки и техники. Существует множество интересных приборов и устройств, которые используют электрическую силу.

Миллионы использованных батареек выбрасываются ежедневно. В их составе есть токсичные элементы, способные нанести вред окружающей среде. Наша динамо-машина – это уникальный светильник, работающий на «Зелёной» энергии. Ему не требуется батарейки, и он может использоваться в любое время, в любом месте. Динамо-машина – отличный гаджет для походов и туристических ночёвок. Она может пригодиться в машине на случай непредвиденной ситуации.

Каждый день во всём мире выбрасываются миллионы пластиковых бутылок. Требуется немало времени, чтобы пластиковые материалы начали разлагаться. Это вызывает серьёзные проблемы для окружающей среды.

Мы с отрядом «Волонтёры-kids» провели в классе акцию «Вторая жизнь пластиковой бутылки». С одноклассниками мы посмотрели ролик о переработке пластиковых бутылок и изготовили поделки (Приложение XII, XIII).

Мы можем хоть немного помочь уберечь нашу планету, создав из одной бутылки что-нибудь интересное, например колпак для светильника динамо-машины. Украсить бутылку можно по собственному дизайну.

«Зеленые» технологии, забота об окружающей среде, сокращение количества отходов позволяют создавать новой счастливое будущее для нас.

Библиографический список.

Динамо-машина и многое другое / C. Антонов, Е. Горелова – ООО «Маэстро», 2018 — Текст: непосредственный.

Энциклопедия для детей. Том 16. Физика. Ч.2. Электричество и магнетизм. Термодинамика и квантовая механика. Физика ядра и элементарных частиц. – 2-е изд., испр. /Ред. Коллегия: М. Аксенова, В. Володин, А. Элиович и др. – М.: Аванта +, 2005. – 432 с.: ил. Текст: непосредственный.

Физика без формул / Ал. А. Леонович; худ. Ар. А. Леонович – Москва: Издательство АСТ – 2017. – 223 с.: ил. – (Простая наука для детей)

Энциклопедия для детей. Т. 14. Техника / Глав. Ред. М. Д. Аксёнова. – М.: Аванта+, 2000. – 688 с.: ил. Текст: непосредственный.

https://electrosam.ru/[Электронный ресурс] – Режим доступа: http:// Электросам.ру //. Дата обращения: 11.09.2020. Текст: электронный.

Большая книга экспериментов для школьников/ Под ред. А. Мейяни; пер. с ит. Э. И. Мотылевой. – М.: ЗАО «РОСМЭН-ПРЕСС», 2008. – 260 с.: ил. Текст: непосредственный.

Энциклопедия для детей. Т. 23. Универсальный иллюстрированный энциклопедический словарь / Глав. Ред. Е. А. Хлебалина, отв. Ред. Д. И. Люри. – М.: Аванта+, 2004. – 688 с.: ил. Текст: непосредственный.

ПРИЛОЖЕНИЕ I

В третьем классе

ПРИЛОЖЕНИЕ II

Получение электричества из картофеля

ПРИЛОЖЕНИЕ III

Электрический генератор на предприятии

ПРИЛОЖЕНИЕ IV

Аньош Йедлик

ПРИЛОЖЕНИЕ V

Майкл Фарадей

ПРИЛОЖЕНИЕ VI

Динамо-машина Майкла Фарадея

ПРИЛОЖЕНИЕ VII

Набор «Трицикл с динамо-машиной»

ПРИЛОЖЕНИЕ VIII

Набор «Ручное электричество»

ПРИЛОЖЕНИЕ IX

Детали для динамо-машины

ПРИЛОЖЕНИЕ X

Динамо-машина из подручных средств

ПРИЛОЖЕНИЕ XI

Динамо-машина в действии

ПРИЛОЖЕНИЕ XII

Самолет из пластиковой бутылки

ПРИЛОЖЕНИЕ XIII

Карандашница из пластиковой бутылки

Просмотров работы: 328

Динамо — frwiki.

wiki

Для одноименных статей см Динамо (значения) .

Слово динамо — это сокращение от «динамоэлектрическая машина». Динамо обозначает электрическую машину , с постоянным током (или машиной , известный как Грамм ) , который функционирует в качестве электрического генератора . Он преобразует механическую энергию в электрическую с помощью электромагнитной индукции , подобно магнето . Динамо-машина используется реже, чем другой тип генераторов, генераторы переменного тока (синхронная электрическая машина, которую плохо называют «динамо-машины» велосипедов), как правило, немного дороже и с меньшей эффективностью.

В начале XX — ^го  века, паровые двигатели и динамо — растительная электрической мощность от Трамваи компании восточного Парижа

Электростанция на завод Кузница из Montataire начала XX — ^го  века  : на дне, паровой двигатель , который приводит в , через маховик , динамо (справа)

Резюме

• 1 Примеры динамо-машин
• 2 принцип
• 3 Исторические вехи
• 4 Примечания и ссылки
  • 4. 1 Примечания
  • 4.2 Ссылки
• 5 приложений
  • 5.1 Библиография
  • 5.2 Статьи по теме

Примеры динамо

Динамо-машина использовалась для выработки электроэнергии в автомобилях до 1960-х годов . С тех пор генератора переменного тока , чей переменный ток в выпрямленном с помощью диодов , заменил его.

Электрический генератор велосипеда, вырабатывающий переменный ток, а динамо-машина вырабатывает постоянный ток , часто называют динамо-машиной .

Механизм, преобразующий энергию турбулентных токов электрически заряженных частиц, циркулирующих между ядром и мантией, в магнитное поле , называется земным динамо . Помимо прочего, это поле позволяет отклонять частицы солнечного ветра (состоящие из электрически заряженных частиц, чувствительных к магнитным полям), таким образом защищая Землю от значительного потока ионизирующего излучения, которое в противном случае помешало бы развитию. жизни., как мы ее знаем, на Земле .

Принцип

В динамо-машине используется электромагнитная индукция . При вращении катушки в магнитном поле магнита в ее проводах создается наведенное напряжение. Это напряжение собирается с помощью щеток, расположенных на нейтральной линии, которые подключены к коллекторам. Собранное таким образом напряжение подается в замкнутую цепь, которая генерирует индуцированный ток .

Исторические вехи

Исторически сложилось так, что благодаря Этьену Омихену динамо-машина использовалась для производства электроэнергии в автомобилях до 1960-х годов . Достижения в области электроники и, в частности, надежных и компактных электронных диодов сделали возможным использование более компактного и надежного узла генератор + выпрямитель .

Первые электрические устройства, лампы радиоприемников, автомобильные аккумуляторы часто требовали постоянного тока, который нельзя было получить с хорошей выходной мощностью, начиная с переменного тока, пока не было диодов (с лампами, затем полупроводниками) для изготовления выпрямителей. следовательно, изначально предпочтение было отдано динамо-машине, которая выпрямляет ток в источнике с помощью механического переключения. С другой стороны, напряжение постоянного тока нельзя повышать или понижать с помощью трансформатора, что очень легко выводит из строя машины, которые изначально производили постоянный ток.

Часто это динамо-машины, которые используются для подзарядки ручных электрических устройств, которые экология вернула в моду: радиоприемники, фонарики и зарядные устройства для портативного оборудования. В этих устройствах динамо-машина, приводимая в движение кривошипом, перезаряжает аккумулятор или суперконденсатор (менее подвержен старению, чем аккумулятор).

• В 1861 году Аниос Джедлик сформулировал концепцию самовозбуждающего динамо-машины.
• В 1866 году Вернер Сименс открыл принцип динамо-электрического.
• В 1868 году англичанин Генри Уайльд  (in) создал первую динамоэлектрическую машину или динамо-машину . Он заменяет, следуя работе Вернера Сименса, постоянный магнит на электромагнит, питаемый от вспомогательной машины.
• В 1869 году бельгийский изобретатель Зеноб Грамм сделал возможным реализацию генераторов постоянного тока, создав коллектор . Он усовершенствовал первые архаичные версии генераторов переменного тока (1867 г.) и прославился, заново открыв принцип кольцевой арматуры Пачинотти .
• В 1871 году он представил Академии наук в Париже первый промышленный генератор постоянного тока, который назывался машиной Грамма и фактически представлял собой то, что позже будет называться магнето . Его изобретение будет продаваться благодаря Ипполиту Фонтену .

Кольцо Pacinotti-Gramme

Примечания и ссылки

Заметки

1. ↑ см. Параграф «исторические вехи» .
2. ↑ Износ «углей» и коллектора исторической динамо-машины потребовал их регулярной замены под страхом деградации или даже разрушения коллектора.

Рекомендации

1. ↑ ^{a и b} Лексикографические и этимологические определения слова «динамо» из компьютеризированной сокровищницы французского языка на веб-сайте Национального центра текстовых и лексических ресурсов.
2. ↑ «  Динамо-машина: история и работа  » , на Гралон (просмотрено 15 мая 2021 г. )
3. ↑ Оливье Лавуази, «  Динамо  » на Universalis (по состоянию на 27 января 2021 г. )
4. ↑ Фредерик Сарра, Вклад в общее исследование самовозбуждающих динамо постоянного тока , Париж,1904 г.(уведомление BnF п ^о  FRBNF31299615 ).

Приложения

Библиография

• Михаил Костенко и Людвик Пиотровский, Электрические машины , тома I и II , Московские издания (Мир), 1969, (переиздано в 1979 году), 1348  с.

Статьи по Теме

• Машина постоянного тока
• Электрический генератор
• Земля динамо

Электрическая машина
Машины	Динамо  · электрогенератор  · машина постоянного тока  · Асинхронная машина  · Электростатическая машина  · Синхронная машина  · шаговый двигатель  · Бесщеточный двигатель  · Универсальный двигатель  · Колесо Барлоу  · пьезоэлектрический двигатель  · Трансформатор
Физические концепции	Электричество  · Движущая сила  · Пьезоэлектричество

<img src=»//fr. wikipedia.org/wiki/Special:CentralAutoLogin/start?type=1×1″ alt=»» title=»»>

Как работает динамо? | Технические советы

Как работает динамо-машина?

Эндрю вырос на молочной ферме и около 50 лет назад закончил ремонт своего первого тракторного двигателя. Получив диплом инженера, Эндрю, который сейчас на пенсии, имеет время заняться восстановлением тракторов. В настоящее время восстанавливает тракторы IH ’61 B275, ’67 B434. Эндрю внес свой вклад в Международную группу тракторов серии B и ряд учебных файлов в Международный клуб комбайнов Великобритании.

Ниже приведено упрощенное описание того, как динамо-машина производит электричество. Он предназначен только для обеспечения уровня детализации, необходимого для понимания того, что делают ключевые части и почему.

Терминология

Некоторые люди могут быть не уверены в значении различных используемых терминов, поэтому:

• Вольт – единица «электрического давления», аналогичная давлению воды.
• Ампер – единица «электрический поток» аналогична
  к течению воды.
• Мощность = вольт х ампер и измеряется в ваттах
  (1000 Вт = 1 кВт, 746 Вт = 1 лошадиная сила.) Мощность всегда мощность. Неважно, измеряется ли она в ваттах, лошадиных силах, британских тепловых единицах в час (БТЕ для котла), поскольку каждая из них имеет фиксированную связь с другими.
• Переключатель открыт — в отличие от открытия крана, чтобы дать воде течь, открытый переключатель останавливает электрический ток. Это эквивалентно переключению чего-либо
  ВЫКЛЮЧЕННЫЙ.
• Переключатель замкнут – напротив переключателя разомкнут. Позволяет электричеству
  поток, эквивалентный включению чего-либо.

Динамо-машина производит мощность, измеряемую как сочетание напряжения и силы тока (Вт). При зарядке батареи напряжение динамо-машины должно быть выше, чем у батареи, чтобы ток протекал, так же как вода будет течь только при более высоком давлении (которое может просто быть высотой) до более низкой. В следующем описании иногда описывается ток, потому что он протекает по проводу и является важным фактором, тогда как в других случаях используется напряжение, потому что именно оно «проталкивает» электричество по проводу и имеет первостепенное значение.

Первые принципы

Динамо-машины преобразуют внешнюю энергию в электрическую. «Нет такой вещи, как бесплатный обед» — чтобы получить власть, сначала должна быть власть.
in.Электрические генераторы (магнето, динамо-машины и генераторы переменного тока) и двигатели (постоянного и переменного тока) основаны на электромагнетизме. Магнето не
описаны в следующем описании, но основаны на постоянных магнитах для
генерируют магнитное поле, а не электромагнит в динамо-машине.

«Когда провод движется через магнитное поле, он генерирует ток
пропорциональна силе магнитного поля и скорости движения
через это поле»

Это одно утверждение, возможно, трудно понять на
во-первых, это основа всех вращающихся электрических генераторов — остальное — инженерия, чтобы создать и контролировать магнитное поле, заставить провода двигаться через
это и получить электричество во внешний мир.

Простое динамо-машина

Это упрощенное представление динамо-машины. Катушка возбуждения, когда через нее протекает электрический ток, превращает внешний железный каркас в электромагнит. Железный якорь замыкает магнитную цепь, как гвоздь на конце подковообразного магнита. Чем больше ток, протекающий в катушке возбуждения, тем сильнее магнит, пока не будет достигнут максимум, зависящий от металла внутри катушки.

Обмотка якоря представляет собой петлю (один или несколько витков) изолированного провода, соединяющую два медных сегмента коммутатора вместе. Когда якорь вращается в магнитном поле, он генерирует ток в обмотке – этот ток затем проходит через сегменты коммутатора, через щетки и выходит из динамо-машины.

Настоящее динамо

Арматура может быть практически любой формы – рис.
короткие вдоль оси вращения, но типы динамо в автомобилях и тракторах это
имеет тенденцию быть длинным по сравнению с его диаметром, как показано на рис. 2. Одиночная обмотка генерирует максимальную мощность только тогда, когда она движется под прямым углом.
к магнитному полю – положение, показанное на рис. 1.

Чтобы обойти эту проблему, реальный якорь динамо, показанный на рис. 2, имеет множество обмоток, расположенных в цилиндре, каждая обмотка имеет собственную пару сегментов коммутатора, составляющих коммутатор. . Полюсы арматуры на этом снимке эквивалентны
к якорю на простой схеме и действовать, чтобы сфокусировать магнитное поле
для каждой катушки. Клемма большего размера (иногда обозначаемая буквой «D») является основным выходным разъемом питания и внутренне подключена к одной из двух щеток коммутатора. Вторая щетка коллектора соединена с корпусом динамо-машины.

Это пример пары новых кистей. На рис. 4 показана торцевая пластина динамо-машины Лукаса. Грязь представляет собой угольную пыль от износа щеток во время использования. Спиральные пружины прижимают щетки к коллектору, а их электрический соединительный провод прикручивается к металлическому корпусу (заземляющая сторона динамо-машины) или к клемме «D», видимой снаружи.

На конце динамо есть две клеммы. Меньшая из двух — это обмотка возбуждения (иногда обозначаемая буквой «F») с
стандартное лепестковое соединение ¼”. Другой конец катушки возбуждения внутри
подсоединен к корпусу динамо-машины. Больший вывод (иногда обозначаемый буквой «D») является основным выходным соединением питания и внутренне подсоединен к одной из двух щеток коммутатора. Вторая щетка коллектора соединена с корпусом динамо-машины.

Положить
Все вместе

Если вы до сих пор следовали объяснению, вы
наверное выработалось что есть две вещи влияющие на максимальную мощность любого
данная динамо-машина может генерировать

1. Как быстро он вращается (производительность пропорциональна скорости резки
   магнитное поле), и это будет зависеть от частоты вращения двигателя.
2. Сила магнитного поля и это зависит от того, какой ток
   течет в катушке возбуждения.

Чтобы предотвратить перезарядку аккумулятора, выход динамо
необходимо регулировать. Это делает, что неудивительно, регулятор
(иногда называемый контроллером или блоком управления), который изменяет катушку возбуждения.
ток по необходимости. Эта диаграмма представляет собой очень упрощенное объяснение сложной
электромеханический узел. Заземление динамо-машины осуществляется через корпус, крепление и
шасси автомобиля.

Когда динамо-машина стоит или начинает вращаться, переключатель «1» разомкнут.
изолировать аккумулятор от динамо-машины, а переключатель «2» замкнут, чтобы соединить динамо-машину
выход непосредственно на катушку возбуждения. Железный сердечник катушки возбуждения динамо имеет
небольшое количество остаточного магнетизма, позволяющее генерировать небольшой ток
и подается через переключатель «2» на обмотку возбуждения, которая еще больше увеличивает выходную мощность.
далее и тд. Когда динамо-машина производит переключатель достаточно высокого напряжения
«1» закроется, и начнется зарядка аккумулятора. В конце концов выход динамо должен
быть уменьшен, потому что выходной ток и/или напряжение слишком высоки, и поэтому
«2» открывается, чтобы уменьшить ток возбуждения для компенсации. Этот
объяснение не на 100% правильное, но достаточно близкое, чтобы объяснить, что происходит —
полное объяснение является частью степени в области электротехники!

Чтобы понять, как проверить, работает ли динамо-машина, прочитайте следующую часть этой серии: 
«Испытание динамо-машины и регулятора»

ВЕРСИЯ ДЛЯ ПРИНТЕРА ЗАПЧАСТИ ДЛЯ ДИНАМО ЗАПЧАСТИ ДЛЯ РЕГУЛЯТОРОВ ЧАСТЬ 2. ПРОВЕРКА ДИНАМО
ВЕРНУТЬСЯ К ТЕХНИЧЕСКИМ СОВЕТАМ

СТАТЬЯ ПРЕДСТАВЛЕНА ЭНДРЮ ЧАПМЕНОМ

© ANDREW CHAPMAN & ANGLO AGRIPARTS LTD

Условия лицензии

Вы можете: Делиться, копировать и распространять материал в исходном формате для любых целей, если вы соблюдаете приведенные ниже условия лицензии:

• Авторство — вы должны указать соответствующее имя и предоставить ссылку на оригинал статья в разумной и видимой форме
• Вы никоим образом не можете намекать на то, что лицензиар одобряет вас или ваше использование.
• Запрещены производные материалы. Материал должен распространяться полностью, включая отказ от ответственности. Вы не можете распространять или делиться модифицированным материалом.
• Никаких дополнительных ограничений. Вы не можете применять юридические условия, которые юридически запрещают другим делать что-либо, разрешенное лицензией.
• Гарантии не предоставляются. Лицензия может не давать вам всех разрешений, необходимых для предполагаемого использования. Например, другие права, такие как права на публичность, неприкосновенность частной жизни или неимущественные права, могут ограничивать использование вами материала.

Отказ от ответственности

Anglo Agriparts, а также любые подобные рецензенты или авторы контента не предоставляют никаких гарантий относительно точности любой информации на этом веб-сайте и не могут нести ответственность за любые ошибки или упущения. Информация в этой статье предназначена только для общих информационных целей. Он не является юридической, технической и/или коммерческой консультацией, и на него нельзя полагаться как на таковой. Конкретные советы всегда следует запрашивать отдельно. Несмотря на все усилия авторов, информация, представленная в этой статье, может быть неточной, актуальной или применимой к обстоятельствам того или иного конкретного случая. Компания Anglo Agriparts и автор данной статьи не делают никаких заявлений или гарантий относительно c
полноту или точность информации, содержащейся в данном документе, и не несет ответственности за убытки или ущерб, возникшие в результате использования этой информации, независимо от того, исходит ли такая информация от Anglo Agriparts или от наших участников. Компания Anglo Agriparts не контролирует содержимое любого другого веб-сайта, доступ к которому осуществляется через этот веб-сайт, и не несет ответственности за любые убытки или ущерб, возникшие в результате использования содержимого таких веб-сайтов. Ни Anglo Agriparts, ни любой рецензент или автор контента на веб-сайте не несут ответственности перед любым лицом за любые убытки или ущерб, которые могут возникнуть в результате использования информации, содержащейся в этой статье или на этом веб-сайте. Эти исключения ответственности не распространяются на ущерб, возникший в результате смерти или телесных повреждений, вызванных небрежностью Anglo Agriparts или любого из ее сотрудников или агентов, рецензента или автора контента.

Как работают электрические генераторы и динамо-машины

Как работают электрические генераторы и динамо-машины — Объясните это

Вы здесь:
Домашняя страница >
Электричество и электроника >
Электрогенераторы

• Дом
• Индекс А-Я
• Случайная статья
• Хронология
• Учебное пособие
• О нас
• Конфиденциальность и файлы cookie

Реклама

Криса Вудфорда. Последнее обновление: 3 ноября 2021 г.

Нефть может быть любимым топливом в мире, но ненадолго.
Современные дома питаются в основном от электричества
и вскоре большинство из нас тоже будут водить электромобили. Электричество очень удобно. Вы можете производить его самыми разными способами, используя все, от угля и нефти до ветра и волн. Вы можете сделать это в
одно место и использовать его на другой стороне мира, если вы хотите.
И, как только вы произвели его, вы можете хранить его в батареях и использовать
это дни, недели, месяцы или даже годы спустя. Что делает электрический
возможная — и действительно практическая — мощность — это превосходный электромагнитный
устройство, называемое генератором электроэнергии: разновидность электродвигателя
работающий в обратном направлении, который преобразует обычную энергию в электричество.
Давайте поближе познакомимся с генераторами и узнаем, как они работают!

Фото: Дизельный электрогенератор середины 20-го века в Музее электростанций REA недалеко от Хэмптона, штат Айова. Предоставлено фотографиями в
Архив Кэрол М. Хайсмит, Библиотека Конгресса, Отдел эстампов и фотографий.

Содержание

1. Откуда берется электричество?
2. Как мы можем производить электричество?
3. Как работает генератор?
   • Генераторы постоянного тока
   • Генераторы переменного тока
4. Генераторы в реальном мире
5. Сколько энергии производит генератор?
6. Портативные генераторы
7. Узнать больше

Откуда берется электричество?

Лучший способ понять электричество — начать с изучения
собственное название: электрическая энергия. Если вы хотите запустить что-либо
электрический, от тостера или
зубная щетка
MP3-плеер или
телевидение,
вам нужно кормить его постоянным источником электроэнергии.
Откуда ты это возьмешь? Есть основной закон физики
называется законом сохранения энергии, который объясняет, как можно получить
энергия — и как вы не можете. В соответствии с этим законом существует фиксированная
количество энергии во Вселенной и некоторые хорошие новости и некоторые плохие новости
о том, что мы можем с этим сделать. Плохая новость в том, что мы не можем создать
больше энергии, чем у нас уже есть; хорошая новость в том, что мы не можем
уничтожить любую энергию либо. Все, что мы можем сделать с энергией, это преобразовать
его из одной формы в другую.

Фото: Большой электрогенератор с приводом от пара на геотермальной электростанции CalEnergy’s Leathers в округе Империал, Калифорния. Фото Уоррена Гретца предоставлено Министерством энергетики США/Национальной лабораторией возобновляемых источников энергии (DOE/NREL).

Если вы хотите найти электричество для питания вашего телевизора, вы
не будут делать энергию из воздуха: сохранение энергии
говорит нам, что это невозможно. То, что вы будете делать, это использовать энергию
преобразуется из какой-либо другой формы в электрическую энергию, которая вам нужна.
Как правило, это происходит на электростанции.
на некотором расстоянии от вашего дома. Подключите телевизор к розетке, и электрическая энергия поступит в него через
кабель. Кабель намного длиннее, чем вы думаете: на самом деле
проходит весь путь от вашего телевизора — под землей или по воздуху — до
электростанция, где для вас готовится электроэнергия от
богатое энергией топливо, такое как уголь, нефть, газ или
атомное топливо. В этих
экологически чистые времена, часть вашего электричества также будет поступать из
ветряные турбины, гидроэлектростанции (которые вырабатывают энергию, используя энергию запруженных рек) или геотермальную энергию (внутренняя энергия Земли).
нагревать). Откуда бы ни исходила ваша энергия, она почти наверняка будет
превращается в электричество с помощью генератора. Только
солнечные элементы и топливные элементы
производить электричество без использования генераторов.

Рекламные ссылки

Как мы можем производить электричество?

Фото: Типичный электрогенератор. Этот может производить до 225 кВт электроэнергии и используется для испытаний прототипов ветряных турбин. Фото Ли Фингерш любезно предоставлено
Министерство энергетики США/Национальная лаборатория возобновляемых источников энергии (DOE/NREL).

Если вы читали нашу подробную статью о
электродвигатели, вы будете
уже довольно много знаю, как работают генераторы: генератор
просто электродвигатель, работающий в обратном направлении. Если вы еще не
прочтите эту статью, возможно, вам захочется бросить быстрый взгляд, прежде чем читать
on— но вот краткий обзор в любом случае.

Электродвигатель — это, по сути, просто туго натянутая катушка медной проволоки, намотанная на
железный сердечник, который может свободно вращаться с высокой скоростью внутри мощного постоянного магнита. Когда вы подаете электричество в медную катушку, она становится
временный магнит с электрическим приводом, другими словами,
электромагнит — и создает вокруг себя магнитное поле. Этот
временное магнитное поле давит на магнитное поле, которое
постоянный магнит создает и заставляет катушку вращаться. Немного
умная конструкция, катушку можно заставить вращаться непрерывно в
в том же направлении, вращаясь по кругу и приводя в действие что угодно из
электрическая зубная щетка к электричке.

Фото: Вращающаяся часть (ротор) типичного небольшого электродвигателя. Генератор электричества имеет точно такие же компоненты, но работает противоположным образом, превращая движение в электрическую энергию.

Чем же отличается генератор? Предположим, у вас есть электрический
зубная щетка с перезаряжаемой батареей внутри. Вместо того, чтобы позволить батарее питать двигатель, который толкает щетку, что, если бы вы сделали
противоположный? Что, если вы несколько раз повернете кисть туда-сюда?
То, что вы будете делать, будет вручную поворачивать электродвигатель.
ось вокруг. Это заставило бы медную катушку внутри двигателя вращаться.
несколько раз вокруг своего постоянного магнита. Если вы переместите
электрический провод внутри магнитного поля, вы создаете поток электричества
по проводу — по сути, вы вырабатываете электричество. Так держать
поворачивая зубную щетку достаточно долго, и, теоретически, вы
достаточно электроэнергии, чтобы зарядить аккумулятор. Это, в сущности, то, как
генератор работает. (На самом деле, это немного сложнее, чем это
и вы не можете перезарядить свою зубную щетку таким образом, хотя
можете попробовать!)

Как работает генератор?

Возьмите отрезок провода, подсоедините его к амперметру (тому, что измеряет
тока) и поместите его между полюсами магнита. Теперь резко переместите проволоку сквозь невидимую
магнитное поле, создаваемое магнитом, и по проводу на короткое время потечет ток (регистрация на счетчике). Это фундаментальная наука, лежащая в основе генератора электричества, продемонстрированная в 1831 году британским ученым Майклом Фарадеем.
(прочитать
краткая биография
или длинную биографию).
Если вы двигаете провод в противоположном направлении, вы генерируете ток, который течет в другом направлении.
(Если вам интересно, вы можете выяснить направление, в котором течет ток, используя нечто, называемое
правило правой руки или генераторное правило, которое является зеркальным отображением правила левой руки, используемого для выяснения того, как работают двигатели.)

Важно отметить, что вы генерируете ток только тогда, когда перемещаете провод через магнитное поле (или когда вы перемещаете магнит мимо провода, что равнозначно). Недостаточно просто поместить провод рядом с магнитом: для выработки электричества либо провод должен пройти мимо магнита, либо наоборот. Предположим, вы хотите генерировать много электроэнергии. Поднимать и опускать провод весь день не очень весело, поэтому вам нужно придумать какой-нибудь способ перемещения провода мимо магнита, установив один или другой из них на колесе. Затем, когда вы поворачиваете колесо, проволока и магнит будут двигаться относительно друг друга, и будет производиться электрический ток.

Работа: простой генератор, подобный этому, производит переменный ток (электрический ток, который периодически меняет направление). Каждая сторона генератора (зеленая или оранжевая) движется либо вверх, либо вниз. Когда он движется вверх, он генерирует ток, текущий в одну сторону; когда он движется вниз, ток течет в другую сторону. Если вы измеритель, подключенный к проводу, вы не знаете, в каком направлении движется провод: все, что вы видите, это то, что направление тока периодически меняется на противоположное: вы видите переменный ток.

А теперь самое интересное. Предположим, вы согнули проволоку в петлю, поместили ее между полюсами магнита и расположили так, чтобы она постоянно вращалась, как показано на рисунке. Вероятно, вы видите, что при повороте петли каждая сторона провода (либо оранжевая, либо зеленая сторона) будет иногда двигаться вверх, а иногда вниз. Когда он движется вверх, электричество будет течь в одну сторону; когда он движется вниз, ток будет течь в другую сторону. Таким образом, простой генератор, подобный этому, будет производить электрический ток, который меняет направление каждый раз, когда петля провода переворачивается (другими словами, переменный ток или переменный ток). Однако большинство простых генераторов на самом деле производят постоянный ток — так как же они им управляют?

Генераторы постоянного тока

Подобно тому, как простой электродвигатель постоянного тока использует электричество постоянного тока (DC) для непрерывного вращательного движения,
простой генератор постоянного тока производит стабильную подачу электроэнергии постоянного тока, когда он вращается. Как двигатель постоянного тока,
генератор постоянного тока использует коммутатор. Звучит технически, но это всего лишь металлическое кольцо с прорезями, которое периодически меняет местами электрические контакты катушки генератора, одновременно меняя направление тока. Как мы видели наверху,
простая проволочная петля автоматически меняет направление тока, который она производит, каждые пол-оборота, просто потому, что она вращается, а работа коммутатора состоит в том, чтобы нейтрализовать эффект вращения катушки, гарантируя, что вырабатывается постоянный ток.

Работа: Сравнение простейшего генератора постоянного тока с простейшим генератором переменного тока. В этой конструкции катушка (серая) вращается между полюсами постоянного магнита. Каждый раз, когда он поворачивается на пол-оборота, ток, который он генерирует, меняется на противоположный. В генераторе постоянного тока (вверху) коммутатор меняет направление тока каждый раз, когда катушка перемещается на пол-оборота, компенсируя изменение направления тока. В генераторе переменного тока (внизу) нет коммутатора, поэтому выходная мощность просто увеличивается, падает и реверсируется по мере вращения катушки. Вы можете увидеть выходной ток каждого типа генератора на диаграмме справа.

Генераторы переменного тока

Фото: Генератор переменного тока представляет собой генератор переменного тока (переменного тока) вместо постоянного тока (постоянного тока). Здесь мы видим, как механик снимает генератор с лодочного подвесного мотора.
Фото Есении Розас предоставлено
ВМС США.

Что делать, если вы хотите генерировать переменный ток (AC) вместо постоянного тока? Тогда вам нужен генератор
это просто генератор переменного тока. Самый простой тип генератора переменного тока подобен генератору постоянного тока без коммутатора. По мере того, как катушка или магниты вращаются относительно друг друга, ток естественным образом возрастает, падает и меняет направление, давая на выходе переменный ток. Так же, как есть
Асинхронные двигатели переменного тока, в которых вместо постоянных магнитов для создания вращающегося магнитного поля используются электромагниты, поэтому существуют генераторы переменного тока, которые работают за счет индукции аналогичным образом.

Генераторы в основном используются для выработки электроэнергии от двигателей транспортных средств. В автомобилях используются генераторы переменного тока, приводимые в движение их
бензиновые двигатели, которые заряжают их
батареи по мере их движения (переменный ток преобразуется в постоянный с помощью
диоды или выпрямители).

Генераторы в реальном мире

Фото: Генератор ветряной турбины находится сразу за лопастями ротора.
(это крайний правый цилиндр). Фото Джо Смита предоставлено
NREL (Национальная лаборатория возобновляемых источников энергии).

Производство электричества звучит просто — и это так. Сложность в том, что вам нужно приложить огромное количество физических усилий.
генерировать даже небольшое количество энергии. Вы узнаете это, если у вас есть велосипед с динамо-машиной.
фары, приводимые в движение колесами: нужно крутить педали несколько сильнее, чтобы фары светились, и это
только для производства крошечного количества электроэнергии, необходимого для питания
пара лампочек накаливания. Динамо — это просто очень маленькое электричество.
генератор. С другой стороны, на реальных электростанциях гигантские
электрогенераторы работают от паровых турбин.
Это немного похоже на вращающиеся пропеллеры или ветряные мельницы, приводимые в движение паром. пар
производится путем кипячения воды с использованием энергии, выделяемой при сжигании угля,
масла или другого топлива. (Обратите внимание, как закон сохранения энергии применяется
здесь тоже. Энергия, питающая генератор, поступает от
турбина. Энергия, которая питает турбину, исходит от топлива. А также
топливо — если это уголь или нефть — первоначально поступали от электростанций, работающих на
энергия Солнца. Суть проста: энергия всегда должна исходить от
где-то)

Сколько энергии производит генератор?

Генераторы оцениваются в ваттах (измерение мощности, показывающее, сколько энергии
производится каждую секунду). Как и следовало ожидать, чем больше генератор, тем больше энергии он производит.
Вот приблизительное руководство от меньшего к большему:

Тип	Мощность (Вт)
Велосипедная динамо-машина	3
USB-генератор с ручным приводом	20
Микро ветряная турбина	500
Малый дизель-генератор	5000 (5 кВт)
Ветряная турбина (средняя)	2 000 000 (2 МВт)

Портативные генераторы

Фото: Портативный электрогенератор, работающий от
дизельный двигатель. Фото Брайана Рида Кастильо, любезно предоставлено
ВМС США.

Большую часть времени мы принимаем электричество как должное. Мы включаем
светильники, телевизоры или
стиральные машины, не переставая думать, что
электрическая энергия, которую мы используем, должна откуда-то поступать. А вдруг
вы работаете на открытом воздухе, в глуши, и нет
электропитание, которое можно использовать для питания бензопилы или
электрическая дрель?

Одна из возможностей — использование аккумуляторных инструментов с
аккумуляторы. Другой вариант — купить пневматический инструмент.
такие как отбойные молотки. Они полностью механические и питаются от
сжатый воздух вместо электричества. Третий вариант заключается в использовании
переносной электрогенератор. Это просто небольшой бензиновый двигатель
(бензиновый двигатель), похожий на компактный двигатель мотоцикла, с
подключен генератор электроэнергии. Когда двигатель заглохнет,
сжигая бензин, он толкает поршень вперед и назад, поворачивая
генератор, вырабатывающий на выходе постоянный электрический ток. С
с помощью трансформатора, вы можете использовать такой генератор, чтобы
производить практически любое напряжение, которое вам нужно, в любом месте, где вам это нужно. В качестве
пока у вас достаточно бензина, вы можете сделать свое собственное электричество
поставлять бессрочно. Но помните о сохранении энергии: кончаются
газа, и у вас закончилось электричество!

Произведение искусства: Генераторные технологии быстро развивались в 19 веке.
Английский химик и физик Майкл Фарадей построил первый примитивный генератор в 1831 году. В течение нескольких десятилетий многочисленные изобретатели создавали практические электрические генераторы. Этот («динамо-электрическая машина») был разработан Эдвардом Уэстоном в 1870-х годах как способ «преобразовывать механическую энергию в электрическую с большей эффективностью, чем раньше». Он имеет статическое внешнее кольцо магнитов (синее) и вращающийся якорь (катушки) в центре (красный). Коммутатор
(зеленый) преобразует генерируемый ток в постоянный. Из патента США 180 082, переиздание 8 141 Эдварда Уэстона, любезно предоставлено Управлением по патентам и товарным знакам США.

Узнайте больше

На этом веб-сайте

Вам могут понравиться другие статьи на нашем сайте по связанным темам:

• Аккумуляторы
• Электродвигатели
• Энергия
• Электростанции
• Возобновляемая энергия

Видео

• Демонстрация электрического генератора?: Превосходный короткий видеоролик доктора Джонатана Хэйра и Vega Science Trust очень ясно показывает, как перемещение катушки через магнитное поле может производить электричество.
• Простой генератор: электрический генератор для научной выставки: Уильям Бити дает пошаговое руководство по сборке простого генератора с использованием легкодоступных компонентов (эмалевая проволока, магниты, картон и т. д.).
• Велосипедный генератор: Как привести в действие кухонный комбайн с помощью велосипеда, приводящего в действие генератор переменного тока (разновидность генератора электроэнергии). Довольно аккуратный эксперимент, хотя комментарий мог бы быть немного яснее.

Книги

Для читателей постарше

• Генератор, трансформатор, двигатель и компрессор Столлкапа Джеймса Дж. Столлкапа. Jones & Bartlett Learning, 2015. Практический справочник для людей, которым приходится проектировать и использовать вращающиеся механизмы.

Справочник по дизельным генераторам

• , автор LLJ Mahon. Newnes, 1992. Старый (но все еще актуальный) подробный технический справочник, предназначенный как для инженеров, так и для ученых.

Для младших читателей

• Электричество для молодых мастеров: веселые и простые проекты «Сделай сам» Марка де Винка. Maker Media, 2017. Узнайте об электричестве, собирая двигатели и другие электрические комплекты.
• Электричество: Научные пути Криса Вудфорда. Rosen, 2012/Blackbirch, 2004: История электричества от древних до современных. (Еще одна из моих книг.)
• Крутая наука: эксперименты с электричеством и магнетизмом Криса Вудфорда. Гарет Стивенс, 2010: Практический подход к электричеству и магнетизму. (Одна из моих собственных книг.)
• Очевидец: Электричество Стив Паркер. Дорлинг Киндерсли, 2005.

Статьи

• Используйте свой велосипед в качестве резервного источника питания Дэвида Шнайдера. IEEE Спектр. 23 октября 2020 г. Заканчивается электроэнергия? Может пора крутить педали!
• Возвращение стационарных велосипедов, вырабатывающих электричество? Эндрю Сильвер. IEEE Спектр. 22 декабря 2016 г. Обновление идеи использования велотренажеров для увеличения мощности. Это правдоподобная идея или вы зря тратите время?
• Электросети ненадежны, густонаселенные районы идут на генераторы, Кен Белсон. Нью-Йорк Таймс. 24 апреля 2013 г. Описывает, как люди приобрели собственные дизельные или газовые генераторы, чтобы справиться с перебоями в подаче электроэнергии в сельской местности.
• Эти тренажеры превращают ваш пот в электричество от Тома Гибсона. IEEE Спектр. 21 июня 2011 г. Можно ли действительно вырабатывать полезное количество электроэнергии с помощью велотренажера? Не совсем, это короткий ответ.

Пожалуйста, НЕ копируйте наши статьи в блоги и другие веб-сайты

Статьи с этого веб-сайта зарегистрированы в Бюро регистрации авторских прав США. Копирование или иное использование зарегистрированных произведений без разрешения, удаление этого или других уведомлений об авторских правах и/или нарушение смежных прав может повлечь за собой серьезные гражданские или уголовные санкции.

Авторские права на текст © Chris Woodford 2009, 2020. Все права защищены. Полное уведомление об авторских правах и условия использования.

Подпишитесь на нас

Оценить эту страницу

Пожалуйста, оцените или оставьте отзыв на этой странице, и я сделаю пожертвование WaterAid.

Сохранить или поделиться этой страницей

Нажмите CTRL + D, чтобы добавить эту страницу в закладки на будущее или рассказать о ней друзьям:

Цитировать эту страницу

Вудфорд, Крис.